太陽(yáng)能式智能通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

李 杰 史非凡 張 權(quán) 徐睿麟

（東南大學(xué)成賢學(xué)院，江蘇 南京210088）

1 概述

隨著當(dāng)今國(guó)內(nèi)外科技的不斷進(jìn)步發(fā)展，智能家居已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的主流。目前，對(duì)于市面上的智能家居當(dāng)中，平移窗戶的智能化卻沒(méi)有得到進(jìn)一步的發(fā)展，無(wú)法滿足人們對(duì)更高生活質(zhì)量的追求。

本設(shè)計(jì)的目的是太陽(yáng)能充電板在陽(yáng)光的照耀下經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓后給TP4056 芯片提供電源和充電電池充電，電池再給智能通風(fēng)控制系統(tǒng)供電，通風(fēng)控制系統(tǒng)則采用了多個(gè)傳感器對(duì)室內(nèi)的環(huán)境變化進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和采集，并將采集的數(shù)據(jù)傳入單片機(jī)內(nèi)部，單片機(jī)通過(guò)設(shè)計(jì)的指令驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)智能地進(jìn)行開(kāi)關(guān)窗戶通風(fēng)，本系統(tǒng)還可通過(guò)紅外線監(jiān)測(cè)室外情況報(bào)警實(shí)現(xiàn)防盜功能，用戶也可以手動(dòng)或者手機(jī)連接藍(lán)牙進(jìn)行開(kāi)關(guān)窗戶通風(fēng)。營(yíng)造了一種綠色節(jié)能、安全舒適的生活環(huán)境，使窗戶更加智能化、人性化。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

太陽(yáng)能式智能通風(fēng)控制系統(tǒng)是基于STC89C52 單片機(jī)與多個(gè)傳感器結(jié)合的節(jié)能智能通風(fēng)控制系統(tǒng)。其主要包括單片機(jī)STC89C52、太陽(yáng)能充電電路、ADC0832 轉(zhuǎn)換模塊、太陽(yáng)能充電電池、LCD1602 顯示模塊、電源模塊、光敏電阻傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、溫濕度傳感器模塊、風(fēng)扇模塊、紅外線監(jiān)測(cè)模塊、藍(lán)牙模塊。如圖1 所示。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)STC89C52。采用STC89C52 單片機(jī)作為核心，用其測(cè)量、控制信息系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)我們所需要的性能分析指標(biāo)。充分分析我們的系統(tǒng)，關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的充放電和智能通風(fēng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制，而此時(shí)，單片機(jī)顯示出其控制簡(jiǎn)單、方便、快捷的優(yōu)勢(shì)。這樣一來(lái)，STC89C52 單片機(jī)系統(tǒng)就可以進(jìn)行充分發(fā)展發(fā)揮其資源強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)、有較為強(qiáng)大的控制功能及可位尋址操作管理功能、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。STC89C52 單片機(jī)具有強(qiáng)大的位操作指令，I/O 口可按位尋址，程序空間高達(dá)8K，完全可以滿足本設(shè)計(jì)的需要。更值得一提的是，STC89C52 單片機(jī)的價(jià)格非常低。

3.2 顯示功能模塊：采用LCD1602 液晶作為顯示器，能夠清晰的在液晶上顯示太陽(yáng)能電池的實(shí)時(shí)電壓和充電時(shí)間以及通風(fēng)控制系統(tǒng)中室內(nèi)的光照強(qiáng)度、煙霧濃度、溫濕度、當(dāng)前時(shí)間等參數(shù)信息，用戶可通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)定當(dāng)前的時(shí)間和所需開(kāi)關(guān)窗戶各個(gè)參數(shù)的值。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

3.3 太陽(yáng)能充電升壓模塊。太陽(yáng)能充電板在陽(yáng)光的照耀下會(huì)產(chǎn)生電荷，用18650 鋰電池存儲(chǔ)太陽(yáng)能電池板的電荷，經(jīng)過(guò)充電模塊給鋰電池充電同時(shí)也可以通過(guò)充電模塊上的USB 接口用手機(jī)充電器快速充電。充電時(shí)當(dāng)紅色指示燈亮，說(shuō)明鋰電池正在充電中，當(dāng)指示燈變?yōu)榫G燈亮?xí)r，鋰電池充電完成。用戶可手動(dòng)切換太陽(yáng)能充電和USB 接口充電。當(dāng)鋰電池的電壓為3.7V時(shí)，單片機(jī)控制繼電器斷開(kāi)充電回路，防止繼續(xù)充電。當(dāng)單片機(jī)輸出低電平時(shí)，斷開(kāi)充電電路，繼電器工作的指示燈點(diǎn)亮。當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，繼電器工作指示燈熄滅，充電系統(tǒng)恢復(fù)正常。升壓模塊將3.7V 的電壓升到5V 來(lái)給自身系統(tǒng)供電（5V 500mA）和智能通風(fēng)控制系統(tǒng)充電（5V 3A）。

3.4 光照傳感器模塊。該模塊功能的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)光敏電阻輸出信號(hào)，輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)AD 采樣芯片轉(zhuǎn)換后輸入到單片機(jī)完成相應(yīng)指令。當(dāng)光的照度LUX 高于或者低于用戶所設(shè)定的某個(gè)范圍值的時(shí)候，單片機(jī)通過(guò)指令實(shí)現(xiàn)窗戶的開(kāi)閉。當(dāng)光的照度LUX 在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，單片機(jī)不發(fā)出開(kāi)關(guān)窗的指令。

3.5 溫濕度傳感器。該傳感器采用DHT11 溫濕度傳感器，它包括NTC 測(cè)溫元件和電阻式感濕元件。該模塊的主要功能是實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)的溫濕度，將信號(hào)輸入給單片機(jī)，單片機(jī)將接收到的數(shù)值和用戶所設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，進(jìn)行相應(yīng)的開(kāi)關(guān)窗指令動(dòng)作。

3.6 煙霧傳感器。傳感器采用mq-2 傳感器，其敏感材料為高活性金屬氧化物半導(dǎo)體，傳感器加熱，在不同氣體濃度下在不同的電導(dǎo)率下,對(duì)可燃?xì)?、煙霧等氣體靈敏度高。當(dāng)環(huán)境中可燃?xì)?、煙霧等氣體濃度越高，AO 引腳輸出的電壓值越高，通過(guò)ADC 采集的模擬值越高，將信號(hào)輸入到單片機(jī)，單片機(jī)將接收到的數(shù)值和用戶所設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行比較，當(dāng)濃度高于設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)窗戶打開(kāi)、風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行通風(fēng)。

3.7 紅外監(jiān)測(cè)模塊。該部分主要通過(guò)紅外發(fā)射管發(fā)出不可見(jiàn)的紅外光，紅外光經(jīng)檢測(cè)面反射后被接收管接收，從而檢測(cè)到物體，同時(shí)發(fā)出警報(bào)，窗戶自動(dòng)關(guān)閉。

3.8 藍(lán)牙控制模塊。該模塊采用了CC2541 藍(lán)牙模塊，該模塊能耗低、使用方便，非常適合本系統(tǒng)的需求。用戶使用手機(jī)藍(lán)牙和本系統(tǒng)連接，進(jìn)行遠(yuǎn)程的開(kāi)關(guān)窗戶。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)通過(guò)STC89C52 單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制端和數(shù)據(jù)處理端。用戶可以在LCD1602 液晶顯示器上進(jìn)行人機(jī)互動(dòng)，可以觀察當(dāng)前太陽(yáng)能充電電壓和充電時(shí)間以及室內(nèi)光照強(qiáng)度、溫濕度、煙霧濃度等環(huán)境參數(shù)，也可以自己設(shè)定相應(yīng)需要的數(shù)值。太陽(yáng)能充電系統(tǒng)和智能通風(fēng)控制系統(tǒng)軟件如圖2、圖3 所示。

5 結(jié)論

圖2 太陽(yáng)能充電系統(tǒng)程序流程圖

圖3 智能通風(fēng)控制系統(tǒng)程序流程圖

隨著智能家居社會(huì)主流的發(fā)展，太陽(yáng)能式智能通風(fēng)控制系統(tǒng)在普通窗戶的基礎(chǔ)上進(jìn)行的人性化智能設(shè)計(jì)以及其通過(guò)太陽(yáng)能供電順應(yīng)了國(guó)家對(duì)新能源大力發(fā)展的倡導(dǎo)，將在未來(lái)受到大多數(shù)消費(fèi)者的青睞。該系統(tǒng)的綠色節(jié)能、使用方便、便于定制、實(shí)用性強(qiáng)、安全性高等特點(diǎn)，將在未來(lái)智能家居行業(yè)得到更為廣泛的發(fā)展，擁有很廣闊的發(fā)展前景。

成品展示如圖4。

圖4 太陽(yáng)能式智能通風(fēng)控制系統(tǒng)成品